JP2014163553A - ボイラシステム - Google Patents

Abstract

【課題】停止中のボイラが保有する熱を無駄にすることなくシステム効率を向上させること。
【解決手段】複数のボイラ２０を備えるボイラ群２と、ボイラ群２の燃焼状態を制御する制御部４と、を備えるボイラシステム１であって、制御部４は、複数のボイラ２０の中に放熱ボイラがあるか否かを判定する放熱判定部４１と、放熱ボイラの燃焼を開始し燃焼中の他のボイラと共に均一の負荷率で燃焼させた場合に、当該負荷率が所定負荷率を上回るか否かを判定する増台判定部４３と、所定負荷率を上回ると判定されることを条件に、放熱ボイラを燃焼させる出力制御部４４と、を備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、ボイラシステムに関する。より詳しくは、燃焼状態の制御を比例制御で行うボイラシステムに関する。

従来、複数のボイラを燃焼させて蒸気を発生させるボイラシステムとして、ボイラの燃焼量を連続的に増減させて蒸気の発生量を制御する、いわゆる比例制御方式のボイラシステムが提案されている。
例えば、特許文献１には、ボイラを、台数増加負荷ゾーン、最適運転負荷ゾーン及び台数減少負荷ゾーンの３つの負荷ゾーンに区分し、ボイラが最適運転負荷ゾーンから外れ台数増加負荷ゾーン又は台数減少負荷ゾーンで燃焼する状態になると、燃焼させるボイラの台数を増加又は減少させ、ボイラを最適運転負荷ゾーンで燃焼させる比例制御ボイラの制御方法が提案されている。

特開平１１−１３２４０５号公報

ところで、台数の減少に伴い燃焼を停止したボイラであっても、燃焼停止後しばらくの間は熱を保有しているため、燃焼を停止している間に保有している熱を放出することになる。また、停止期間が長期に亘ると、ボイラが保有していた熱は放出され当該ボイラは冷却されるが、このような冷却されたボイラを新たに燃焼させる場合、立上損失が非常に大きくなってしまう。
この点、特許文献１に示す制御方法のように、単にボイラの効率を見て燃焼させるボイラの台数の増減させたのでは、放熱による熱損失や冷却されたボイラの燃焼開始に伴う立上損失によりボイラシステム全体におけるシステム効率が悪化するおそれがある。
なお、以下において燃焼停止状態にあるボイラのうち、保有している熱を放出しているボイラを「放熱ボイラ」、冷却されたボイラを「冷態ボイラ」と呼ぶことがある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、停止中のボイラが保有する熱を無駄にすることなくシステム効率を向上させることができるボイラシステムを提供することを目的とする。

本発明は、負荷率を変更して燃焼可能な複数のボイラを備えるボイラ群と、要求負荷に応じて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、前記制御部は、前記複数のボイラの中に放熱中のボイラがあるか否かを判定する放熱判定部と、当該放熱中のボイラの燃焼を開始し、燃焼中の他のボイラと共に均一の負荷率で燃焼させた場合に、当該負荷率が所定負荷率を上回るか否かを判定する増台判定部と、前記増台判定部により所定負荷率を上回ると判定されることを条件に、前記放熱中のボイラを燃焼させる出力制御部と、を備えるボイラシステムに関する。

また、前記放熱判定部は、燃焼を停止しているボイラのうち缶内圧力が所定圧力を上回るボイラを、放熱中のボイラとして判定することが好ましい。

また、前記放熱判定部は、燃焼を停止しているボイラのうち缶内圧力が所定圧力を下回ってからの経過時間が第１時間を下回るボイラを、放熱中のボイラとして判定することが好ましい。

また、前記放熱判定部は、燃焼を停止しているボイラのうち缶体温度又は缶水温度が所定温度を上回るボイラを、放熱中のボイラとして判定することが好ましい。

また、前記放熱判定部は、燃焼を停止しているボイラのうち燃焼を停止してからの経過時間が第２時間を下回るボイラを、放熱中のボイラとして判定することが好ましい。

本発明によれば、燃焼を停止しているボイラが放熱中である場合にこの放熱中のボイラを燃焼させるため、停止中のボイラが保有する熱を無駄にすることがない。このとき、放熱中のボイラは、燃焼後に所定負荷率を上回る場合に限り燃焼を開始するため、その後の負荷低下に伴い直ちに燃焼停止となることがなく、ボイラの発停が繰り返されることを防止できる。結果、本発明によれば、ボイラシステム全体におけるシステム効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るボイラシステムの概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係るボイラ群の概略を示す図である。 制御部の構成を示す機能ブロック図である。 ボイラシステムの処理の流れを示すフローチャートである。 ボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。 ボイラシステムの動作の一例を示す模式図である。

以下、本発明のボイラシステムの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明のボイラシステム１の全体構成につき、図１を参照しながら説明する。
ボイラシステム１は、複数（５台）のボイラ２０を含むボイラ群２と、これら複数のボイラ２０において生成された蒸気を集合させる蒸気ヘッダ６と、この蒸気ヘッダ６の内部の圧力を測定する蒸気圧センサ７と、ボイラ群２の燃焼状態を制御する制御部４を有する台数制御装置３と、を備える。

ボイラ群２は、複数のボイラ２０により構成され、負荷機器としての蒸気使用設備１８に供給する蒸気を生成する。
ボイラ２０は、信号線１６を介して台数制御装置３と電気的に接続されている。このボイラ２０は、燃焼が行われるボイラ本体２１と、ボイラ２０の燃焼状態を制御するローカル制御部２２と、を備える。
ローカル制御部２２は、要求負荷に応じてボイラ２０の燃焼状態を変更させる。具体的には、ローカル制御部２２は、信号線１６を介して台数制御装置３から送信される台数制御信号に基づいて、ボイラ２０の燃焼状態を制御する。また、ローカル制御部２２は、台数制御装置３で用いられる信号を、信号線１６を介して台数制御装置３に送信する。台数制御装置３で用いられる信号としては、ボイラ２０の実際の燃焼状態、及びその他のデータが挙げられる。

蒸気ヘッダ６は、蒸気管１１を介してボイラ群２を構成する複数のボイラ２０に接続されている。この蒸気ヘッダ６の下流側は、蒸気管１２を介して蒸気使用設備１８に接続されている。
蒸気ヘッダ６は、ボイラ群２で生成された蒸気を集合させて貯留することにより、複数のボイラ２０の相互の圧力差及び圧力変動を調整し、圧力が調整された蒸気を蒸気使用設備１８に供給する。

蒸気圧センサ７は、信号線１３を介して、台数制御装置３に電気的に接続されている。蒸気圧センサ７は、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧（ボイラ群２で発生した蒸気の圧力）を測定し、測定した蒸気圧に係る信号（蒸気圧信号）を、信号線１３を介して台数制御装置３に送信する。

台数制御装置３は、蒸気圧センサ７により測定される蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧に基づいて、各ボイラ２０の燃焼状態を制御する。この台数制御装置３は、制御部４と、記憶部５と、を備える。

制御部４は、信号線１６を介して各ボイラ２０に各種の指示を行ったり、各ボイラ２０から各種のデータを受信したりして、５台のボイラ２０の燃焼状態や後述する優先順位を制御する。各ボイラ２０のローカル制御部２２は、台数制御装置３から燃焼状態の変更指示の信号を受けると、その指示に従って当該ボイラ２０を制御する。

記憶部５は、台数制御装置３（制御部４）の制御により各ボイラ２０に対して行われた指示の内容や、各ボイラ２０から受信した燃焼状態等の情報、複数のボイラ２０の燃焼パターンの設定条件等の情報、複数のボイラ２０の優先順位の設定の情報、優先順位の変更（ローテーション）に関する設定の情報等を記憶する。

以上のボイラシステム１は、ボイラ群２で発生させた蒸気を、蒸気ヘッダ６を介して、蒸気使用設備１８に供給可能とされている。
ボイラシステム１において要求される負荷（要求負荷）は、蒸気使用設備１８における蒸気消費量である。台数制御装置３は、この蒸気消費量の変動に対応して生じる蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧の変動を、蒸気圧センサ７が測定する蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧（物理量）に基づいて算出し、ボイラ群２を構成する各ボイラ２０の燃焼量を制御する。

具体的には、蒸気使用設備１８の需要の増大により要求負荷（蒸気消費量）が増加し、蒸気ヘッダ６に供給される蒸気量（後述の出力蒸気量）が不足すれば、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧が減少することになる。一方、蒸気使用設備１８の需要の低下により要求負荷（蒸気消費量）が減少し、蒸気ヘッダ６に供給される蒸気量が過剰になれば、蒸気ヘッダ６の内部の蒸気圧が増加することになる。従って、ボイラシステム１は、蒸気圧センサ７により測定された蒸気圧の変動に基づいて、要求負荷の変動をモニターすることができる。そして、ボイラシステム１は、蒸気ヘッダ６の蒸気圧に基づいて、蒸気使用設備１８の消費蒸気量（要求負荷）に応じて必要とされる蒸気量である必要蒸気量を算出する。

ここで、本実施形態のボイラシステム１を構成する複数のボイラ２０について説明する。図２は、本実施形態に係るボイラ群２の概略を示す図である。
本実施形態のボイラ２０は、負荷率を連続的に変更して燃焼可能な比例制御ボイラからなる。
比例制御ボイラとは、少なくとも、最小燃焼状態Ｓ１（例えば、最大燃焼量の２０％の燃焼量における燃焼状態）から最大燃焼状態Ｓ２の範囲で、燃焼量が連続的に制御可能とされているボイラである。比例制御ボイラは、例えば、燃料をバーナに供給するバルブや、燃焼用空気を供給するバルブの開度（燃焼比）を制御することにより、燃焼量を調整するようになっている。

また、燃焼量を連続的に制御するとは、ローカル制御部２２における演算や信号がデジタル方式とされて段階的に取り扱われる場合（例えば、ボイラ２０の出力（燃焼量）が１％刻みで制御される場合）であっても、事実上連続的に出力を制御可能な場合を含む。

本実施形態では、ボイラ２０の燃焼停止状態Ｓ０と最小燃焼状態Ｓ１との間の燃焼状態の変更は、ボイラ２０（バーナ）の燃焼をオン／オフすることで制御される。そして、最小燃焼状態Ｓ１から最大燃焼状態Ｓ２の範囲においては、燃焼量が連続的に制御可能となっている。
より具体的には、複数のボイラ２０それぞれには、変動可能な蒸気量の単位である単位蒸気量Ｕが設定されている。これにより、ボイラ２０は、最小燃焼状態Ｓ１から最大燃焼状態Ｓ２の範囲においては、単位蒸気量Ｕ単位で、蒸気量を変更可能となっている。

単位蒸気量Ｕは、ボイラ２０の最大燃焼状態Ｓ２における蒸気量（最大蒸気量）に応じて適宜設定できるが、ボイラシステム１における出力蒸気量の必要蒸気量に対する追従性を向上させる観点から、ボイラ２０の最大蒸気量の０．１％〜２０％に設定されることが好ましく、１％〜１０％に設定されることがより好ましい。
尚、出力蒸気量とは、ボイラ群２により出力される蒸気量を示し、この出力蒸気量は、複数のボイラ２０それぞれから出力される蒸気量の合計値により表される。

また、複数のボイラ２０のそれぞれは、ボイラ効率（ボイラ２０の熱効率）の最高効率と最低効率との差が所定値（例えば、３％）未満のボイラからなる。一例として、ボイラ２０は、負荷率が５０％のときにボイラ効率が最高（約９７％）となり、負荷率が１００％のときにボイラ効率が最低（約９４％）となるボイラである。

また、複数のボイラ２０のそれぞれには、ボイラ２０が効率よく燃焼する場合における負荷率の範囲に対応して高効率ゾーンＺが設定されている。高効率ゾーンＺは、ボイラ効率（ボイラ２０の熱効率）が一定値（例えば、９６％）よりも高くなる負荷率の範囲であり、ボイラ２０を燃焼させる上で、最も好ましい負荷率の範囲である。本実施形態では、負荷率４０％〜６５％の範囲が高効率ゾーンＺとして設定されている。

また、ボイラ群２には、燃焼するボイラ２０の台数を決定するための停止基準閾値及び増加基準閾値が設定されている。本実施形態では、停止基準閾値として減台負荷率を用い、増加基準閾値として変動蒸気量及び放熱ボイラの負荷率を用いることとしている。

減台負荷率は、燃焼状態にあるボイラ２０のうちの１のボイラ２０の燃焼を停止する基準となる負荷率であり、燃焼状態にあるボイラ２０の負荷率が減台負荷率に達する（以下になる又はより小さくなる）と燃焼状態にあるボイラ２０のうちの１のボイラ２０の燃焼を停止する。なお、減台負荷率は任意に設定することができるが、説明を容易にするため本実施形態では、最小燃焼状態Ｓ１に対応する負荷率（２０％）を減台負荷率として設定する。

また、変動蒸気量は、急激な負荷変動に対応して短時間に増加させる余力として準備しておく蒸気量であり、ボイラ群２の燃焼状態に応じて、制御部４の制御又は管理者による手動制御により設定される。
後述するように、ボイラ群２は、燃焼しているボイラ２０の余力の和（後述の合計余力蒸気量）が変動蒸気量を超えるように制御される。即ち、後述の合計余力蒸気量が設定された変動蒸気量以下になると（又はより小さくなると）、停止していたボイラ２０が燃焼を開始し、ボイラ２０の台数が増加する。
なお、放熱ボイラの負荷率を用いた燃焼するボイラ２０の台数を決定する方法については、後述する。

また、複数のボイラ２０には、それぞれ優先順位が設定されている。優先順位は、燃焼指示や燃焼停止指示を行うボイラ２０を選択するために用いられる。優先順位は、例えば整数値を用いて、数値が小さいほど優先順位が高くなるよう設定することができる。図２に示すように、ボイラ２０の１号機〜５号機のそれぞれに「１」〜「５」の優先順位が割り当てられている場合、１号機の優先順位が最も高く、５号機の優先順位が最も低い。この優先順位は、通常の場合、後述の制御部４の制御により、所定の時間間隔（例えば、２４時間間隔）で変更される。

以上のボイラ群２には、所定の燃焼パターンが設定されている。ボイラ群２の燃焼パターンとしては、例えば、優先順位の高いボイラ２０から燃焼させると共に、燃焼しているボイラ２０の負荷率が所定の閾値を上回った場合に、次に優先順位の高いボイラ２０を燃焼させるといった燃焼パターンが挙げられる。

次に、本実施形態に係る台数制御装置３の制御の詳細について説明する。
本実施形態の台数制御装置３は、基本的には燃焼させるボイラ２０だけでは変動蒸気量分の余力を確保できなくなった場合に燃焼させるボイラ２０の台数を増加することとしているが、変動蒸気量分の余力を確保できている場合であっても燃焼を停止しているボイラ２０の中に未だ熱を保有しているボイラ２０（放熱ボイラ）が存在する場合には、この放熱ボイラの燃焼を開始することがある。このとき、放熱ボイラの燃焼開始に伴い燃焼状態にあるボイラ２０の負荷率が減少するため、減台負荷率との関係によっては放熱ボイラの発停が繰り返される可能性がある。

そこで、制御部４は、図３に示すように、放熱判定部４１と、余力算出部４２と、増台判定部４３と、出力制御部４４と、を含んで構成される。

放熱判定部４１は、燃焼を停止しているボイラ２０の中に放熱ボイラが存在するか否かを判定する。放熱ボイラの判定は任意の方法により行うことができるが、本実施形態では、燃焼を停止しているボイラ２０の缶内圧力、温度又は／及び経過時間に基づいて放熱ボイラの判定を行うこととしている。
即ち、放熱判定部４１は、燃焼を停止しているボイラ２０のうち、（１）缶内圧力が所定圧力を上回るボイラ２０、（２）缶内圧力が所定圧力を下回ってからの経過時間が第１時間を下回るボイラ２０、（３）缶体温度又は缶水温度が所定温度を上回るボイラ２０、（４）燃焼停止指示が指令されてからの経過時間が第２時間を下回るボイラ２０を、放熱ボイラとして判定する。なお、缶体温度はボイラ２０の水管の温度（表面温度）であり、缶水温度はボイラ２０の水管内の水の温度であるものとする。また、缶内圧力、缶体温度、缶水温度又は経過時間は、ボイラ２０のローカル制御部２２から必要に応じて送信されるものとする。また、放熱判定部４１は、（１）〜（４）のそれぞれを組み合わせて放熱ボイラの判定を行うこととしてもよく、単独で放熱ボイラの判定を行うこととしてもよい。

余力算出部４２は、燃焼状態にある複数のボイラ２０のそれぞれについて、最大蒸気量と該ボイラ２０が出力している蒸気量との差（即ち、該ボイラ２０における余力）である余力蒸気量を算出する。また、余力算出部４２は、燃焼状態にある複数のボイラ２０の余力蒸気量の和である合計余力蒸気量（即ち、ボイラ群２における余力）を算出する。

増台判定部４３は、燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる必要があるか否かを判定する。なお、増台判定部４３による判定は、以下に示す第１増台判定及び第２増台判定により行われる。
第１増台判定とは、燃焼状態にある複数のボイラ２０の合計余力蒸気量とボイラ群２に設定された変動蒸気量とを比較することで、燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる判定方法である。この判定では、増台判定部４３は、合計余力蒸気量が変動蒸気量未満になると、燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる必要があると判定する。なお、増台判定部４３による第１増台判定の方法は、これに限られず任意の方法により行うこととしてよい。

また、第２増台判定とは、放熱ボイラが存在する場合に行われる判定である。この第２増台判定では、放熱ボイラを燃焼中の他のボイラ２０と共に均一の負荷率で燃焼させた場合の負荷率に基づいて、放熱ボイラを燃焼させるか否かを判定する。なお、燃焼させるボイラ２０の台数増加に伴い燃焼状態にあるボイラ２０の一台当たりの負荷率は低下することになるが、第２増台判定に用いる負荷率は、台数増加に伴い低下した後の負荷率である。増台判定部４３は、放熱ボイラを燃焼させた場合の負荷率が所定負荷率を上回ることを条件に、より詳細には所定負荷率を上回る状態が所定時間継続することを条件に、放熱ボイラを燃焼させると判定する。
なお、所定負荷率は、放熱ボイラから放出される熱量と負荷率低下に伴い低下するボイラ効率との関係から任意に設定することができる。このとき、放熱ボイラの発停が繰り返されることを防止するため、所定負荷率は、減台負荷率よりも高く設定する。本実施形態では、所定負荷率として高効率ゾーンＺに含まれ、かつ、減台負荷率に対して十分な余裕を持った負荷率（例えば、４０％）を採用することとし、放熱ボイラを燃焼させた場合のボイラ効率の低下を抑制すると共に、放熱ボイラの発停が繰り返されることを防止している。

出力制御部４４は、増台判定部４３により燃焼させるボイラ２０の台数を増加すると判定されることを条件に、停止しているボイラ２０を燃焼状態にある他のボイラ２０と均一の負荷率で燃焼させる。このとき、第１増台判定により燃焼させるボイラ２０の台数を増加すると判定された場合には、出力制御部４４は、停止しているボイラ２０のうち最も優先順位の高いボイラ２０を燃焼させる。また、第２増台判定により燃焼させるボイラ２０の台数を増加すると判定された場合には、出力制御部４４は、停止しているボイラ２０のうちの放熱ボイラを燃焼させる。

次に、本実施形態のボイラシステム１の処理の流れを、図４を参照しながら説明する。図４は、燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる場合におけるボイラシステム１のボイラ台数増加処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ステップＳＴ１において、制御部４は、余力が確保できているか否かを判定する。即ち、増台判定部４３は、余力算出部４２が算出した合計余力蒸気量とボイラ群２に設定された変動蒸気量とを比較し、変動蒸気量よりも合計余力蒸気量が大きいか否かを判定する。ステップＳＴ１において変動蒸気量よりも合計余力蒸気量が小さいと判定された場合には、ステップＳＴ２において、制御部４（出力制御部４４）は、優先順位に基づいて燃焼させるボイラの台数を増加することで、変動蒸気量分の余力を確保する。ステップＳＴ２の処理が終わると、制御部４は、ボイラ台数増加処理を終了する。

他方、変動蒸気量よりも合計余力蒸気量が大きい場合には、ステップＳＴ３において、制御部４（放熱判定部４１）は、放熱ボイラが存在するか否かを判定する。即ち、放熱判定部４１は、燃焼を停止しているボイラ２０に放熱ボイラが存在するか否かを判定する。即ち、放熱判定部４１は、上述の（１）〜（４）の放熱判定方法のそれぞれ単独又は必要に応じて適宜組み合わせて、放熱ボイラが存在するか否かを判定する。ステップＳＴ３において放熱ボイラが存在しないと判定された場合には、制御部４は、ボイラ台数増加処理を終了する。

他方、放熱ボイラが存在する場合には、ステップＳＴ４において、制御部４（増台判定部４３）は、放熱ボイラの燃焼を開始した後の負荷率、即ち台数増加に伴い低下した後の負荷率が所定負荷率を上回る状態が所定時間継続しているか否かを判定する。ステップＳＴ４において所定負荷率を上回る状態が所定時間継続していると判定された場合には、制御部４（出力制御部４４）は、放熱ボイラの燃焼を開始する（ステップＳＴ５）。このとき、制御部４（出力制御部４４）は、放熱ボイラと既に燃焼状態にあったボイラ２０とを均一の負荷率で燃焼させる。
ステップＳＴ５の後、ステップＳＴ４において所定負荷率未満であると判定された場合、又はステップＳＴ４において所定負荷率を上回る状態が所定時間継続していないと判定された場合には、制御部４は、ボイラ台数増加処理を終了する。

次に、本発明のボイラシステム１の動作の具体例について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５及び図６は、ボイラ群２の燃焼状態を模式的に示す図である。
なお、図５及び図６において、ボイラ２０のそれぞれは容量が７０００ｋｇの７トンボイラであり、また、変動蒸気量として７０００ｋｇ／ｈの蒸気量が設定されているものとする。

図５（１）を参照して、１号機ボイラ、２号機ボイラ及び３号機ボイラは、負荷率５０％で燃焼しており、４号機ボイラ及び５号機ボイラは燃焼を停止している。このとき、５号機ボイラは、既に冷却された冷態ボイラであるが、４号機ボイラは、未だ熱を保有している放熱ボイラであるとする。
１号機ボイラ〜３号機ボイラが負荷率５０％で燃焼しているため、合計余力蒸気量は１０５００ｋｇ／ｈであり、図５（１）では、変動蒸気量分の余力が確保できている。そのため、制御部４（増台判定部４３）は、第１増台判定において余力が確保できており燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる必要はないと判定する（図４のステップＳＴ１においてＹＥＳ）。

一方、４号機ボイラが放熱ボイラであるため、制御部４（増台判定部４３）は、第２増台判定を行い４号機ボイラの燃焼を開始すべきか否かを判定する（図４のステップＳＴ４）。この点、図５（１）では、１号機ボイラ〜３号機ボイラの３台が負荷率５０％で燃焼しているため、４号機ボイラの燃焼を開始すると、図５（２）に示すように１号機ボイラ〜４号機ボイラの４台が負荷率３７．５％で燃焼することになる。負荷率３７．５％は、所定負荷率（４０％）未満であるため、図５（２）では、制御部４（増台判定部４３）は、放熱ボイラである４号機ボイラの燃焼を開始すべきではないと判定する（図４のステップＳＴ４でＮＯ）。

続いて、図６（１）を参照して、１号機ボイラ、２号機ボイラ及び３号機ボイラは、負荷率６０％で燃焼しており、４号機ボイラ及び５号機ボイラは燃焼を停止している。このとき、５号機ボイラは、既に冷却された冷態ボイラであるが、４号機ボイラは、未だ熱を保有している放熱ボイラであるとする。
図６（１）においても、変動蒸気量分の余力が確保できているため、制御部４（増台判定部４３）は、第１増台判定において余力が確保できており燃焼させるボイラ２０の台数を増加させる必要はないと判定する（図４のステップＳＴ１においてＹＥＳ）。

一方、４号機ボイラが放熱ボイラであるため、制御部４（増台判定部４３）は、第２増台判定を行う。この点、図６（１）では、１号機ボイラ〜３号機ボイラの３台が負荷率６０％で燃焼しているため、４号機ボイラの燃焼を開始すると、図６（２）に示すように１号機ボイラ〜４号機ボイラの４台が負荷率４５％で燃焼することになる。負荷率４５％は、所定負荷率（４０％）以上であるため、図６（２）では、制御部４（出力制御部４４）は、放熱ボイラである４号機ボイラの燃焼を開始し、燃焼させるボイラ２０の台数を増加する（図４のステップＳＴ５）。

以上説明した本実施形態のボイラシステム１によれば、以下のような効果を奏する。

制御部４は、燃焼停止中のボイラ２０の中に放熱ボイラが存在する場合に、第２増台判定により放熱ボイラの燃焼を開始するか否かを判定する構成とした。このような第２増台判定を行うことで、放熱ボイラについては通常よりも優先的に燃焼させることになるため、放熱ボイラの燃焼が長期に亘り停止している状況を抑えることができる。これにより、放熱ボイラが冷態ボイラになることを防止でき、冷態ボイラの燃焼開始に伴う立上損失が発生する頻度を軽減することができる。
ここで、放熱ボイラの燃焼を開始した場合に燃焼状態にあるボイラ２０の台数が増加することから、燃焼状態にあるボイラ２０の１台当たりの負荷率が減少することになる。この点、制御部４は、放熱ボイラを他のボイラ２０と共に均一の負荷率で燃焼させた場合の負荷率が減台負荷率に対して余裕を持った所定負荷率を上回るか否かにより第２増台判定を行う。このような第２増台判定により、減台負荷率に対して十分な余裕がある場合に限り放熱ボイラの燃焼を開始するため、放熱ボイラの発停が繰り返されることを防止できる。これにより、放熱ボイラの発停によるシステム効率の悪化を防止しつつ、放熱ボイラから放出される熱量を有効的に利用することができるため、ボイラシステム１全体におけるシステム効率を向上させることができる。

また、制御部４は、燃焼を停止しているボイラ２０のうち、缶内圧力が所定圧力を上回るボイラや、缶内圧力が所定圧力を下回ってからの経過時間が第１時間を下回るボイラ２０を放熱ボイラとして判定する構成とした。このようなボイラ２０であれば、燃焼開始後すぐに蒸気の供給が可能になるため立上損失が少なく、放熱による熱損失との関係でシステム効率の向上が期待できる。

なお、通常、蒸気ヘッダ６からボイラ２０に蒸気が流入することはないが、経年劣化等により蒸気ヘッダ６からボイラ２０に蒸気が流入してしまう場合には、缶内圧力だけでは放熱ボイラか否かを適切に判定できない場合がある。
そこで、制御部４は、燃焼を停止しているボイラ２０のうち缶体温度又は缶水温度が所定温度を上回るボイラ２０や、燃焼を停止しているボイラのうち燃焼を停止してからの経過時間が第２時間を下回るボイラ２０を放熱ボイラとして判定する構成としてもよい。このような構成により、より正確に放熱ボイラを特定することができ、結果、システム効率の向上が期待できる。

以上、本発明のボイラシステム１の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、変動蒸気量分の余力が確保できているか否かにより第１増台判定を行うこととしているが、第１増台判定の方法はこれに限られるものではない。本発明は、第１増台判定により燃焼させるボイラ２０の台数を増加する必要がないと判定された場合であっても、放熱ボイラについての増台判定を別に行うことを特徴とするものであり、第１増台判定の方法は適宜任意の方法を採用することとしてよい。

また、上記実施形態では、複数のボイラ２０を比例制御ボイラにより構成することとしているが、ボイラ２０は比例制御ボイラに限らず、段階値制御ボイラにより構成することとしてもよい。なお、段階値制御ボイラとは、複数の段階的な燃焼位置を有し、燃焼を選択的にオン／オフしたり、炎の大きさを調整したりすること等により燃焼量を制御して、選択された燃焼位置に応じて燃焼量を段階的に増減可能なボイラである。一例として、複数のボイラ２０を、燃焼停止位置、低燃焼位置及び高燃焼位置の３位置を有する３位置ボイラにより、構成することとしてもよい。もちろん、ボイラ２０は、３位置に限らず、任意のＮ位置の燃焼位置を有することとしてもよい。

また、上記実施形態では、本発明を５台のボイラ２０からなるボイラ群２を備えるボイラシステムに適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、２〜４台又は６台以上のボイラからなるボイラ群を備えるボイラシステムに適用してもよい。

また、本実施形態では、ボイラ２０を、燃焼停止状態Ｓ０と最小燃焼状態Ｓ１との間の燃焼状態の変更をボイラ２０の燃焼をオン／オフすることで制御し、最小燃焼状態Ｓ１から最大燃焼状態Ｓ２の範囲においては燃焼量を連続的に制御可能な比例制御ボイラにより構成したが、これに限らない。即ち、ボイラを、燃焼停止状態から最大燃焼状態の範囲すべてにおいて、燃焼量を連続的に制御可能な比例制御ボイラにより構成してもよい。

また、本実施形態では、複数のボイラ２０それぞれから出力される蒸発量の合計値をボイラ群２の出力蒸発量としたが、これに限らない。即ち、台数制御装置３（制御部４）から複数のボイラ２０に送信される燃焼指示信号から算出される蒸発量である指示蒸発量の合計値をボイラ群２の出力蒸発量として扱ってもよい。

１ ボイラシステム
２ ボイラ群
２０ ボイラ
４ 制御部
４１ 放熱判定部
４２ 余力算出部
４３ 増台判定部
４４ 出力制御部
Ｕ 単位蒸発量

Claims (5)

1. 負荷率を変更して燃焼可能な複数のボイラを備えるボイラ群と、要求負荷に応じて前記ボイラ群の燃焼状態を制御する制御部と、を備えるボイラシステムであって、
   前記制御部は、
   前記複数のボイラの中に放熱中のボイラがあるか否かを判定する放熱判定部と、
   当該放熱中のボイラの燃焼を開始し、燃焼中の他のボイラと共に均一の負荷率で燃焼させた場合に、当該負荷率が所定負荷率を上回るか否かを判定する増台判定部と、
   前記増台判定部により所定負荷率を上回ると判定されることを条件に、前記放熱中のボイラを燃焼させる出力制御部と、
   を備えるボイラシステム。
2. 前記放熱判定部は、燃焼を停止しているボイラのうち缶内圧力が所定圧力を上回るボイラを、放熱中のボイラとして判定する、
   請求項１に記載のボイラシステム。
3. 前記放熱判定部は、燃焼を停止しているボイラのうち缶内圧力が所定圧力を下回ってからの経過時間が第１時間を下回るボイラを、放熱中のボイラとして判定する、
   請求項１又は２に記載のボイラシステム。
4. 前記放熱判定部は、燃焼を停止しているボイラのうち缶体温度又は缶水温度が所定温度を上回るボイラを、放熱中のボイラとして判定する、
   請求項１から３のいずれかに記載のボイラシステム。
5. 前記放熱判定部は、燃焼を停止しているボイラのうち燃焼を停止してからの経過時間が第２時間を下回るボイラを、放熱中のボイラとして判定する、
   請求項１から４のいずれかに記載のボイラシステム。

Images